Science Advances | 羅冬根研究組發(fā)現(xiàn)機械感知控制進食行為的神經(jīng)機制
2019年5月22日，北京大學生命科學學院、IDG麥戈文腦研究所、定量生物學中心、生命科學聯(lián)合中心羅冬根研究組在Science Advances發(fā)表題為“Mechanosensory circuits coordinate two opposing motor actions inDrosophilafeeding”的研究論文，發(fā)現(xiàn)嘴部機械感知控制兩種相反進食行為，并從感受器蛋白分子、神經(jīng)環(huán)路和整體動物行為多層次系統(tǒng)地解析了其神經(jīng)機制。
進食對動物的生存和繁衍至關重要。研究表明，味覺感知調(diào)控進食的神經(jīng)機制在果蠅和哺乳動物中高度保守。機械感知在聽覺、觸覺和平衡感覺中起著關鍵作用。然而，機械感知（食物物理信息）在進食中的作用尚不清楚。
研究組發(fā)展了果蠅機械感受神經(jīng)元的單細胞膜片鉗記錄方法（解決了領域內(nèi)長久以來的技術(shù)障礙），利用此技術(shù)系統(tǒng)研究了嘴部感覺神經(jīng)元，鑒定了位于唇瓣內(nèi)、外側(cè)的機械感受神經(jīng)元，發(fā)現(xiàn)它們都使用了同一種機械受體蛋白NOMPC對機械力產(chǎn)生神經(jīng)電反應。光遺傳特異激活這些機械感受神經(jīng)元后，果蠅產(chǎn)生了兩種進食行為：唇瓣外側(cè)機械感受神經(jīng)元的激活引起唇瓣打開，而唇瓣內(nèi)側(cè)機械感受神經(jīng)元的激活引起嘴部縮回而終止進食。這些結(jié)果提示，嘴部機械感受神經(jīng)元可通過NOMPC在時序上的先后激活控制兩個相反進食行為，即唇瓣外側(cè)機械感受神經(jīng)元的激活提供食物存在/位置的信息而促進進食，唇瓣內(nèi)側(cè)機械感受神經(jīng)元的激活提供食物硬度的信息而終止進食。
為了重構(gòu)出控制這兩種進食行為的神經(jīng)環(huán)路，研究組發(fā)展了一種保留完整嘴部結(jié)構(gòu)的離體大腦標本。利用膜片鉗記錄、神經(jīng)元追蹤技術(shù)和光遺傳等方法，研究組在腦中找到了唇瓣機械感受神經(jīng)元下游的兩類運動神經(jīng)元，發(fā)現(xiàn)它們和機械感受神經(jīng)元間通過單突觸連接形成兩條不同的進食環(huán)路。此外，苦味信號可調(diào)節(jié)這兩種進食行為：拮抗機械刺激引起的唇瓣打開，但促進機械刺激引起的口器縮回；這兩種相反的苦味調(diào)節(jié)作用最終都引起進食的終止，從而保護個體免受有毒害的苦味食物的傷害。
該研究揭示了嘴部機械感知通過同一機械受體蛋白在時序上的先后激活來控制兩種相反進食行為的神經(jīng)機制（如圖所示），為理解哺乳動物的進食機制提供新思路。此外，該研究還在突觸水平上解析了進食環(huán)路對機械和味覺信息的整合機制，為研究多模態(tài)感知及行為的整合提供了一種范式。
羅冬根研究員為本文的通訊作者；博士生周瑤（13級CLS）和曹麗慧博士為該文的共同第一作者；博士生隋秀文（16級定量生物學中心）和郭曉晴（17級生科院）為本文做出重要貢獻。生科院電鏡平臺提供了技術(shù)支持。工作獲得國家自然基金委、膜國家重點實驗室和生命科學聯(lián)合中心的支持。
原文鏈接：https://advances.sciencemag.org/content/5/5/eaaw5141
版權(quán)與免責聲明：本網(wǎng)頁的內(nèi)容由收集互聯(lián)網(wǎng)上公開發(fā)布的信息整理獲得。目的在于傳遞信息及分享，并不意味著贊同其觀點或證實其真實性，也不構(gòu)成其他建議。僅提供交流平臺，不為其版權(quán)負責。如涉及侵權(quán)，請聯(lián)系我們及時修改或刪除。郵箱：sales@allpeptide.com